Сейсмостойкое каркасное здание с решетчатой конструкцией диафрагмы из гибких предварительно напряженных элементов

Авторы патента:

E04B1 - Строительные конструкции общего назначения; сооружения, не обуславливаемые конструкцией стен, например перегородок, полов, перекрытий или крыш (леса для производства строительных работ, опалубки E04G; отдельные части зданий - см. в соответствующих группах; конструкции зданий особого назначения, общая планировка зданий, например модульная система E04H)

Полезная модель относится к области строительства, а именно к строительству промышленных и гражданских зданий любой этажности в сейсмоопасных районах. Технический результат - увеличение жесткости вертикальных диафрагм здания и обеспечение их периодического выключения из работы с последующим включением. Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем рамный каркас и диафрагму жесткости в виде рамы с крестовой решетчатой конструкцией из гибких элементов, выполненных из одной или нескольких гибких нитей (тросов и/или канатов), закрепленных в диагональных точках вертикальной ячейки здания в пределах одного этажа, либо одного яруса из нескольких этажей и повторяемых на всех этажах (ярусах), в которых установлены элементы крестовой решетки диафрагмы, варьируется, как и количество этажей в одном ярусе, гибкие нити имеют предварительное напряжение, равное 30-50% от несущей способности нити, выполненное натяжением болтовых соединений, установленных в конце нитей.

Полезная модель относится к области строительства, а именно к строительству промышленных и гражданских зданий любой этажности в сейсмоопасных районах.

Известна комбинированная конструкция сейсмостойкого здания, содержащая рамный каркас и диафрагмы жесткости (стены либо раскосы) (см. Paulay Т., Priestley M.J.N. Seismic design of reinforced concrete and masonry building. - USA: A Wiley Interscience publication, 1992, - 249 c, fig. 6.1 и fig. 6.6.).

Недостатки данной конструкции заключаются в использовании жестких диафрагм, представляющих собой либо стены, либо систему с раскосными связями из жестких профилей, вызывающих значительное перенапряжение примыкающих к ним ригелей и колонн при их совместной работе с диафрагмой на вертикальные и горизонтальные нагрузки. Это приводит к необходимости увеличения их сечений, при этом данная система здания недостаточно эффективна в сейсмоопасных районах, отличается низкой ремонтопригодностью и дороговизной исполнения.

Наиболее близкой по сути является комбинированная конструкция сейсмостойкого здания, содержащая металлический рамный каркас и диафрагму жесткости в виде рамы с крестовой решетчатой конструкцией из гибких элементов, выполненных из одной или нескольких гибких нитей (тросов и/или канатов), закрепленных в диагональных точках вертикальной ячейки здания в пределах одного этажа, либо одного яруса из несколько этажей и повторяемых на всех этажах (ярусах) (см. 3. РФ 2013107102, 2013).

Недостатком данной конструкции является выполнение элементов решетчатой конструкции без предварительного напряжения, в результате чего жесткость диафрагмы в горизонтальном направлении снижается вдвое и ее гибкие сжатые элементы исключаются из работы в самом начале действия нагрузки, не исполняя защиту здания от резонанса при землетрясениях при всем возможном спектре присущих им частот.

Техническая задача - обеспечение сейсмостойкости зданий и их защита от резонанса при землетрясениях на всем возможном спектре присущих им частот.

Технический результат - увеличение жесткости вертикальных диафрагм здания с их периодическим выключением из работы и с последующим «автоматическим» включением.

Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем рамный каркас и диафрагму жесткости в виде рамы с крестовой решетчатой конструкцией из гибких элементов, выполненных из нескольких гибких нитей (тросов), закрепленных в диагональных точках вертикальной ячейки здания в пределах одного яруса из нескольких этажей, а также на всех ярусах, в которых установлены элементы крестовой решетки диафрагмы, гибкие нити имеют предварительное напряжение, равное 30-50% от несущей способности нити, выполненное натяжением болтовых соединений, установленных в концах нитей.

Конструкция диафрагмы поясняется на чертеже (фиг. 1), где изображено крепление связей посредством приварки непосредственно к стальным колоннам и балкам.

Устройство имеет металлическую раму 1, группу нитей из предварительно напряженных тросов 2, и фасонок 3, установленных в угловых точках ячейки здания. К фасонкам 3 крепятся нити 2, на которых в заводских условиях предварительно закреплены посредством опрессовки втулки с резьбой и гайкой 4, необходимой для установки и закрепления нитей 2 в проектное положение посредством гаек и контргаек болтового соединения 5. Предварительное напряжение создается посредством болтового соединения 5. Прочность нитей 2 фасонок 3, втулок с резьбой и гайкой 4, болтового соединения 5 подбирается, исходя из максимальных усилий, возможных в одной нити сверх усилий предварительного натяжения нитей 2, с тройным коэффициентом запаса, что обеспечивает возможность аварийного дублирования вышедшей из строя нити в группе нитей 2.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии на здание горизонтальных сейсмических нагрузок происходит перекос ячеек рамы 1, вследствие чего одна из групп нитей 2 удлиняется, а вторая, перекрестная ей, укорачивается, однако, в силу имеющегося предварительного напряжения, происходит включение в работу обеих групп нитей 2 диафрагмы жесткости 1-5. С нарастанием во время землетрясения нагрузок на здание происходит выключение из работы той группы раскосов, в которой возникают сжимающие усилия, вследствие полного устранения эффекта предварительного напряжения и невозможности восприятия сжимающих нагрузок данной группой нитей вследствие их незначительной продольной жесткости. Количество гибких нитей на каждом ярусе, количество пролетов вертикальных ячеек, в которые устанавливаются элементы крестовой решетки диафрагмы, может варьироваться по числу пролетов в раме. Количество этажей в одном ярусе также может варьироваться, исходя из оптимального угла наклона нитей.

В результате выключения сжатых нитей из работы происходит уменьшение горизонтальной жесткости диафрагмы здания вдвое, вследствие чего изменяются его частотные характеристики, что в свою очередь приводит к исключению резонанса от сейсмического воздействия. На обратном смещении здания, исключенные из работы нити, вновь включаются в работу, в результате чего устанавливается периодическое выключение-включение нитей обеих групп, и происходит расстройка вхождения здания в резонанс на всей продолжительности сейсмического воздействия и его повторениях. Первоначальное натяжение нитей в 30-50% от их несущей способности рекомендуется принимать с целью сделать выключение и включение нитей с примерно равной периодичностью, что повысит эффект выведения здания из резонанса и сохранит нити от разрыва.

Кроме этого, исключается перенапряжение элементов здания, примыкающих к диафрагмам, и обеспечивается более равномерное распределение сил между колоннами и ригелями каркаса за счет исключения эффекта «зависания» этажей на диафрагмах существующих конструкций, вследствие невозможности гибких нитей, благодаря их частичному выключению из работы, передавать сжимающие усилия на элементы каркаса.

Предложенная конструкция позволяет варьировать количество нитей по высоте здания, подбирая требуемое их число в зависимости от возникающих в различных этажах здания нагрузок.

Предложенное решение диафрагмы жесткости наиболее эффективно использовать в зданиях с этажностью двенадцать этажей и более. Ее эффективность состоит в том, что диафрагма имеет меньшую жесткость (при более высокой прочности), чем традиционные конструкции, в результате чего снижается нагрузка на узлы диафрагмообразующей рамы, а за счет периодического в процессе колебания здания изменения жесткости диафрагмы, оно защищено от резонанса.

Информация, принятая во внимание

1. Paulay Т., Priestley M.J.N. Seismic design of reinforced concrete and masonry building. - USA: A Wiley Interscience publication, 1992, - 249 c, fig. 6.1 и fig. 6.6.

2. 3. РФ 2013107102, 2013.

Сейсмостойкое каркасное здание с решетчатой конструкцией диафрагмы из гибких предварительно напряженных элементов, содержащее рамный каркас и диафрагму жесткости в виде рамы с крестовой решетчатой конструкцией из гибких элементов, выполненных из нескольких гибких нитей - тросов, закрепленных в диагональных точках вертикальной ячейки здания в пределах одного яруса из нескольких этажей и повторяемых на всех ярусах, в которых установлены элементы крестовой решетки диафрагмы, отличающееся тем, что гибкие нити имеют предварительное напряжение, равное 30-50% от несущей способности нити, выполненное натяжением болтовых соединений, установленных в конце нитей

РИСУНКИ

Полезная модель относится к области строительных конструкций и может быть использована при контроле качества деревянных конструкций. Техническая задача полезной модели - повышение точности измерения за счет обеспечения процесса чистого скалывания при испытаниях. Деревянные элементу зданий и сооружений должны соответствовать требованиям ГОСТ для строительных конструкций.

Многоугольный сборно-разборный каркасный дачный дом (блок-контейнер) // 65535

Многоугольный сборно-разборный каркасный дачный дом (блок-контейнер) относится к области строительства, в частности, оперативной сборки дома, предназначенного для активного отдыха в горнолыжных курортах, на базах отдыха, для проживания, в частности, во время сезонных геологических и иных экспедициях, туристических переходах, на садово-дачных участках, а также его использования в качестве, например, беседки, гриль-домика, домика-сауны и для многих других иных целей, полезных для здоровья, труда и отдыха человека и создания комфортных условий его проживания.

Многофункциональое административно-офисное здание с торговым центром, развлекательным комплексом и океанариумом // 68564

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к зданиям многофункционального назначения и сочетает в себе помещения для временного пребывания людей - офисные, торговые, помещения культурно-развлекательного плана - кинотеатры, рестораны, клубы, другие помещения, например, подземные стоянки автотранспорта, а также океанариум - инженерно-биологический комплекс для содержания морской и/или речной флоры и фауны, включающий специальные емкости - танки, а также помещения с особыми температурно-влажностными параметрами.

Сборная строительная конструкция из клееного бруса для строительства сборных деревянных домов и бань // 74404

Сборная строительная конструкция из клееного бруса относится к строительным конструкциям из продольных элементов, выполненных из низкотеплопроводного материала, например, из дерева, предназначенным, в частности, для индивидуального жилищного строительства, и может быть широко использована для возведения экономичных сборных деревянных жилых домов, бань, хозяйственных построек или иных конструкций в различных климатических зонах.

Многофункциональное здание, торгово-офисное помещение, развлекательный центр, биологический комплекс с океанариумом и пингвинарием // 76368

Многофункциональное здание, торгово-офисное помещение, развлекательный центр, биологический комплекс с океанариумом и пингвинарием относится к строительству, а именно к многофункциональным строительным объектам - зданиям, сочетающим в себе помещения для временного пребывания людей - офисные, торговые, помещения культурно-развлекательного плана - кинотеатры, рестораны, клубы, другие помещения, в частности, подземные стоянки автотранспорта, и инженерно-биологический комплекс-океанариум для содержания морской и/или речной флоры и фауны, водоплавающих птиц включающий специальные емкости - танки, помещения с особыми температурно-влажностными параметрами и системы жизнеобеспечения танков океанариума.

Стеновая сэндвич-панель для монтажа домов и зданий // 79903

Стеновая сэндвич-панель для монтажа домов и зданий относится к строительным конструкциям для возведения стен зданий и сооружений, в том числе и несущих. Стеновая панель, в своей структуре содержит усиливающий пространственный каркас заполненный ячеистым бетоном и установленный с одной, а при необходимости и с противоположной стороны облицовочного листа, к примеру цементно - стружечной плиты.

Сборно-щитовая строительная опалубка для возведения монолитного модуля малогабаритного здания (дома) из бетонной смеси // 79904

Сборно-щитовая строительная опалубка для возведения монолитного модуля малогабаритного здания (дома) из бетонной смеси относится к строительным конструкциям, изготовляемым из бетонных смесей, а именно к опалубке для сооружения малогабаритных жилых промышленных и других зданий, и может найти применение при строительстве дачных домиков индивидуальных гаражей, небольших складов и т.п.

Строительные и утеплительные лигноцеллюлозные плиты и перекрытия разных размеров и стоимости, изготовленные из соломы зерновых культур // 84884

Каркасный жилой дом с глиняной отделкой стен, на облегченном свайном столбчатом фундаменте с заглубленным ростверком и гидроизоляцией опалубки // 88043

Каркасный жилой дом с глиняной отделкой стен, на облегченном свайном столбчатом фундаменте с заглубленным ростверком и гидроизоляцией опалубки относится к области строительства, а именно, к строительным конструкциям общего назначения, состоящим из несущих элементов типа блоков и панелей.

Быстровозводимый трансформируемый сборно-разборный жилой блок-модуль (мобильный дом-трансформер) // 88699

Сборно-разборные здания и дома относятся к области строительства, в частности к транспортабельным трансформируемым строительным модульным конструкциям контейнерного типа, которые могут быть использованы в качестве жилых блоков различного типа. Технический результат, на достижение которого направлено создание трансформируемого дома, заключается в упрощении конструкции и сборки при увеличении надежности и прочности сборно-разборного жилого блок-модуля.

Многослойная полимерная звуко- и теплоизоляционная система для теплоизоляции ограждающих конструкций, зданий, сооружений и арматуры // 142712

Многослойная полимерная звуко- и теплоизоляционная система относится к области машиностроения, энергетики и строительства и может применяться для обеспечения нормативного уровня звуко- и теплоизоляции ограждающих конструкций, зданий, сооружений и арматуры

Металлический каркас быстровозводимого модульного одноэтажного промышленного здания // 137040

Пространственная несущая система для проектирования и строительства быстровозводимых каркасных, панельных и каркасно-панельных зданий из металлоконструкций // 137039

Каркасные здания отличаются высокой скоростью постройки и являются основным типом малоэтажных строительных конструкций в некоторых европейских странах, России и США. Панельное домостроительство применяет в качестве основного элемента конструкции железобетонные многопустотные плиты и используется при возведении высотных домов и зданий административного назначения.

Архитектурное проектирование зданий и сооружений криволинейной формы // 136829

Архитектурное сооружение представляет собой многогранный купол, состоящий из светопроницаемых треугольных сегментов, опирающихся на жесткий металлический каркас. Конструкция отличается эргономичностью, функциональностью, оригинальностью исполнения.

Устройство и установка передвижнго акустического шумозащитного экрана // 132816

Защитный экран относится к средствам защиты от шума и может быть использован во многих отраслях промышленности, в частности для экранирования звука в деревообрабатывающих цехах. Техническая задача устройства шумозащитного экрана - повышение эффективности экранирования, за счет уменьшения величины дифракционной составляющей.

Передвижная палатка для продажи пива // 1504

Блок утепленного сборного полигонального сооружения // 2600

Многослойная вертикальная ограждающая конструкция здания // 2994

Безметизное соединение листов профилированного настила // 4318

Блок-контейнер // 6003